本報訊近日，中科院金屬所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部的科研人員提出了一種化學還原氧化石墨烯薄膜的新方法。相關工作被國際學術期刊《碳》（Carbon）和《美國化學學會納米》（ACSNano）接受發表。

　　石墨烯自2004年被發現以來，由于其結構獨特、性能優異、應用前景廣闊而備受關注。作為石墨烯的重要應用之一，石墨烯透明導電膜以其資源豐富、良好的化學穩定性和柔韌性，有望取代資源缺乏、脆性的銦錫氧化物成為新一代透明導電膜，在柔性顯示領域表現出巨大的應用潛力。

　　將氧化石墨烯還原是目前低成本、宏量制備石墨烯的一個重要途徑。氧化石墨烯是含有豐富含氧官能團的石墨烯衍生物，可通過化學氧化剝離廉價的石墨而得，具有良好的水溶性，易于成膜。因此，先利用氧化石墨烯溶液成膜，再對氧化石墨烯薄膜進行還原處理，可以低成本制備出大面積的柔性石墨烯透明導電膜。其關鍵是采用什么還原方法有效去除氧化石墨烯表面的含氧官能團，獲得具有高導電性的石墨烯及其薄膜材料。

　　據介紹，氧化石墨烯的還原方法主要有兩類：高溫熱處理和低溫化學還原。高溫熱處理通常在1000℃以上的惰性或還原氣氛中進行，還原成本較高。低溫化學還原可在低于100℃的條件下進行，是一種低成本還原方法；但已報道的化學還原方法中效果最好的肼類還原劑（肼、二甲基肼等）和金屬氫化物類還原劑（硼氫化鈉、氫化鋰鋁等）的還原效果仍不理想，且肼類還原劑不僅成本高，還是劇毒物質。因此，迫切需要開發高效、低成本、無污染的低溫化學還原方法。

　　研究人員通過系統分析，提出了利用氫碘酸、氫溴酸等鹵化物還原氧化石墨烯的方法，實現了氧化石墨烯在較低溫度下（≤100℃）的快速高效還原，所得石墨烯的碳氧比可達12以上。

　　研究還發現，這一方法不僅可以實現對氧化石墨烯粉體的大量高效還原，而且非常適合于對氧化石墨烯薄膜進行直接還原。還原后所得石墨烯薄膜的體積電導率可以達到3×104S/m，明顯優于已有化學還原方法的效果。

　　更重要的是，還原處理在去除薄膜層間含氧官能團的同時，反應產物以液相形式從薄膜內部析出，產生的毛細作用力使薄膜厚度明顯減小、結構更加致密，提高了石墨烯片層之間的結合力，因此還原后得到的石墨烯薄膜在導電性、力學強度和柔韌性等方面有了顯著提高，解決了現有低溫化學還原方法破壞薄膜結構的瓶頸問題。

　　研究人員通過氫碘酸還原由大片氧化石墨烯組裝而成的薄膜，直接制備出在84%透光率下表面電阻小于1000歐姆每方塊電阻的柔性石墨烯透明導電薄膜，為石墨烯透明導電薄膜在柔性器件領域的廣泛應用奠定了基礎。

　　該研究首次使用強酸性還原劑實現了氧化石墨烯的高效還原，突破了以前氧化石墨烯還原只有在堿性環境中才能有效進行的觀點。還原過程研究發現了鹵素的取代和自發消去行為，并提出了親核取代是氧化石墨烯還原反應基本過程的見解，為進一步深化對氧化石墨烯還原機理的認識、發展新的氧化石墨烯還原技術和拓寬氧化石墨烯的應用提供了重要參考。